1.本发明涉及给水处理技术领域,具体属于一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置及方法。
背景技术:
2.饮水消毒副产物(disinfection by
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products),简称dbps,是饮用水消毒过程中消毒剂与水中有机物反应产生的一系列副产物。研究表明,dbps对人体有致突变和致癌变作用的消毒副产物,对生活饮用水质量构成潜在危害。氯化消毒产生的dbps主要有三卤甲烷(thms)、卤乙酸(haas)、亚氯酸盐和氯酸盐等。饮用水中以氯仿为主的三卤甲烷的产生机理是氯化消毒时,氯与水中存在的天然有机物如腐殖酸、富里酸等有机物发生反应而形成,国内外研究机构对饮用水与肿瘤的相关性进行了大量的调查研究,确认三卤甲烷与直肠、结肠等消化系统癌症有关;卤代乙酸在氯化消毒副产物中的含量高达14%。现有的研究表明,卤代乙酸的致癌风险占消毒副产物总致癌风险的91.9%以上,是公认引起严重健康危害的消毒副产物;相关研究结果表明亚氯酸盐对肝功能和免疫反应功能有影响,导致含巯基基团受到抑制,肝出现坏死病变,肾和心肌营养不良。亚氯酸盐对于哺乳期的幼仔尤其不利,由于dbps的高风险性,目前国内许多给水厂已经开始针对dbps的治理进行提标改造,目前常用的方法分为以下几种:(1)化学法。化学方法中主要以氧化技术为主,使有机物矿化或部分矿化以达到水质要求。化学法效率高,对某些dbps的去除效率高,但是成本高,且有些dbps未完全矿化,有二次污染风险,故未推广使用。(2)生物法。微生物是通过体内的酶催化有机物,有机物通过一系列生化过程最终氧化成 co2。生物法成本低,不过在处理dbps时效率低,甚至有时并没有效果,故也没有大规模采用。(3)物化法。主要有膜分离技术和吸附技术。研究表明,采用反渗透膜和超滤膜对水中的dbps去除效果较好,不过由于膜孔道易堵塞、膜通量不能保证以、成本高、维护管理复杂等因素限制了它的扩大应用。吸附法主要是利用具有较大比表面积或者具有发达的孔隙结构的吸附剂对dbps进行去除。调研可以看出,由于介孔碳具有较大的比表面积,丰富的孔隙结构,现有的吸附剂中介孔碳附剂不仅对有机物的吸附量大,而且来源广泛,经济实惠,无毒害,现已在工程中大范围推广应用。
3.因此,利用介孔碳强化砂滤池对消毒副产物进行处理,是一种由应用前景的工艺,对给水处理厂的提标改造具有现实意义。
技术实现要素:
4.本发明的目的是提供了一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置及方法,利用介孔碳和椰壳炭的强吸附作用,结合原石英砂滤池对一定浓度的dbps共同治理,以达到缓解甚至解决dbps的问题。
5.为解决上述问题,本发明所采取的技术方案如下:一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置,它包括进水区、滤池区和反冲洗区,所述的进水区在滤池区右端,包括沉淀池进水区和加药区,所述的加药区包括加药
桶、计量泵、加药进水阀和加药进水流量计,所述的沉淀池进水区与加药区并联于滤池区的进水管上,沉淀池进水区位于滤池区和加药区中间,包括沉淀池进水泵、沉淀池进水阀和沉淀池进水流量计,所述的滤池区包括进出水部分、处理部分和反冲洗部分,所述的处理部分为炭砂滤池,所述的进出水部分包括进水管、出水管和出水阀,所述的进水管位于炭砂滤池的中上部,所述的出水管位于炭砂滤池底部,所述的反冲洗部分包括反冲洗进水(气)管、反冲洗出水管和反冲洗出水阀,所述的反冲洗进水(气)管位于炭砂滤池底部,所述的反冲洗出水管和反冲洗出水阀位于炭砂滤池最顶端,所述的反冲洗区在滤池区左端,包括气反冲洗区和水反冲洗区,所述的水反冲洗区包括反冲洗水桶、反冲洗水泵、反冲洗水阀和反冲洗水流量计,与所述的气冲洗区并联于炭砂滤池的反冲洗进水(气)管上,所述的气反冲洗区位于水冲洗区和炭砂滤池9中间,包括空压机、气冲洗阀和气冲洗流量计。
6.进一步,所述炭砂滤池直径30 cm,高2.26 m,滤池材质为钢化玻璃。
7.进一步,所述的加药进水阀、沉淀池进水阀、出水阀、反冲洗出水阀、反冲洗水阀、气冲洗阀口径均为32 mm,pvc材质。
8.进一步,所述的加药桶1容量为100 l,所述的计量泵的流速范围在0—100 ml/min,所述的沉淀池进水泵和反洗水泵功率都为1500 w,所述的空压机功率为750 w,所述的反洗水桶容量为1000 l。
9.进一步,所述的气冲洗流量计、反冲洗水流量计、沉淀池进水流量计7、加药进水流量计均为玻璃转子流量计,量程为0—2000l/h。
10.一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的方法,其特征在于包括以下步骤:s1,打开加药桶,计量泵和沉淀池进水泵,将含有各类消毒副产物的水样与沉淀池进水区混合后通入炭砂滤池中,通过活性炭(介孔碳+椰壳炭)与石英砂协同处理消毒副产物;s2,按照步骤s1每日运行时间为9小时,运行周期为4天,一个周期后停止运行,关闭进水管和出水管;s3,在步骤s2关闭进水管和出水管后,打开反冲洗进水(气)管、反冲洗出水管和反冲洗设备,分别对炭砂滤池采取水冲洗、气冲洗以及二次水冲洗,并不断搅拌,使得炭砂滤池得到反冲洗恢复处理能力。
11.进一步,所述的各类消毒副产物为2,2
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二氯乙酰氨、4,4
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二羟基二苯甲烷、4,4
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二羟基二苯砜、甲醇溶液的混合溶液,所述的炭砂滤池(9)从上至下所装填料依次为介孔碳(高14 cm)、椰壳炭(高56cm)、细石英砂(高30 cm)以及粗石英砂(高10 cm)。
12.进一步,所述的介孔碳为圆柱状,直径3
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4mm,高9
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10mm,平均孔径5
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6 nm,介孔容量≥1.5 cm3/g,总孔容量≥1.6cm3/g,不均匀系数≤2.1,椰壳炭为颗粒状,粒径为8*30目,细石英砂粒径为30*40目,粗石英砂粒径为8*10目。
13.进一步,所述的计量泵加药速度为10 ml/min,加药桶中水量为20l,各消毒副产物在加药桶中浓度为0.28 g/l,沉淀池进水区进水滤速为8 m/s(即565 l/h),计量泵流速设定为10 ml/min,沉淀池进水区和加药桶进水混合后每秒向炭砂滤池中进药浓度为100 μg/l。
14.进一步,所述的步骤s3中的反冲洗操作分为三步,第一步先打开反冲洗水泵,经过5分钟水冲洗,保证炭砂滤池膨胀率为30%左右,第二步关闭反冲洗水泵,打开气冲洗阀,气
冲5分钟,并在气冲时进行炭砂滤池的搅拌,第三步最后再进行5分钟水冲洗。
15.本发明与现有技术相比较,本发明的实施效果如下:(1)活性炭(尤其是介孔碳)较大的比表面积和发达的孔隙结构对dbps的吸附效果很好,加上兼有生物处理和滤池吸附的作用,处理效果稳定。
16.(2)活性炭本身来源广泛,相对膜处理工艺来说成本较低。
17.(3)本发明工艺运行管理方便,由于采用的活性炭粒度比石英砂要大,和原滤池相比,运行周期更长,在适当的运行条件下,不易堵塞。
18.(4)本发明工艺采取的反冲洗操作方法有效的解决了炭层砂层由于密度不同而导致的反冲洗操作时炭砂分离,炭层易流失的情况。
19.(5)本发明在针对dbps处理的同时,也兼备砂滤池原有的去除悬浮颗粒和漂浮物的功能,处理水质好。
20.(6)本发明工艺操作简单,滤料来源广泛,成本适中,不易堵塞,由扩大处理规模的潜力。
附图说明
21.图1为本发明结构示意图。
22.图中编号:1—加药桶,2—计量泵,3—加药进水阀,4—加药进水流量计,5—沉淀池进水泵,6—沉淀池进水阀,7—沉淀池进水流量计,8—出水阀,9—炭砂滤池,10—反冲洗出水阀,11—反洗水桶,12—反冲洗水泵,13—反冲洗水阀,14—反冲洗流量计,15—空压机,16—气冲洗阀,17—气冲洗流量计,18—进水管,19—出水管,20—反冲洗进水(气)管,21—反冲洗出水管。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本发明作进一步的描述,但本发明不仅限于这些实例,在为脱离本发明宗旨的前提下,所为任何改进均落在本发明的保护范围之内。
24.如图所示,本发明所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置,它包括进水区、滤池区和反冲洗区,所述的进水区在滤池区右端,包括沉淀池进水区和加药区,所述的加药区包括加药桶1、计量泵2、加药进水阀3和加药进水流量计4,所述的沉淀池进水区与加药区并联于滤池区的进水管18上,沉淀池进水区位于滤池区和加药区中间,包括沉淀池进水泵5、沉淀池进水阀6和沉淀池进水流量计7,所述的滤池区包括进出水部分、处理部分和反冲洗部分,所述的处理部分为炭砂滤池9,所述的进出水部分包括进水管18、出水管19和出水阀8,所述的进水管18位于炭砂滤池9的中上部,所述的出水管19位于炭砂滤池9底部,所述的反冲洗部分包括反冲洗进水(气)管20、反冲洗出水管21和反冲洗出水阀10,所述的反冲洗进水(气)管20位于炭砂滤池底部,所述的反冲洗出水管21和反冲洗出水阀10位于炭砂滤池9最顶端,所述的反冲洗区在滤池区左端,包括气反冲洗区和水反冲洗区,所述的水反冲洗区包括反冲洗水桶11、反冲洗水泵12、反冲洗水阀13和反冲洗水流量计14,与所述的气冲洗区并联于炭砂滤池的反冲洗进水(气)管20上,所述的气反冲洗区位于水冲洗区和炭砂滤池9中间,包括空压机15、气冲洗阀16和气冲洗流量(17。
25.操作过程中,先打开加药桶1计量泵2和沉淀池进水泵5,将含有各类消毒副产物的
水样与沉淀池区进水混合后通入炭砂滤池9中;每日运行9小时后,关闭沉淀池进水泵5和加药进水阀3、沉淀池进水阀6、出水阀8,运行4天后整个炭砂滤池9停止运行;之后进行反冲洗操作,先打开反冲洗出水阀10,然后打开反冲洗进水阀13和反冲洗水泵12对滤池采取水冲洗操作,5分钟后停止水冲洗,打开气冲洗阀16和空压机15进行水冲洗,5分钟后停止水冲洗,再次打开反冲洗进水阀13和反冲洗水泵12对炭砂滤池9进行二次水冲洗,再反洗过程中在炭砂滤池9顶端的反冲洗出水区不断搅拌,5分钟后停止,最后打开出水阀8将滤池内剩余水排出,使得滤池得到反冲洗,恢复处理能力。
26.所述加药桶中水量为20l,所述各消毒副产物在加药桶中浓度为0.28 g/l,所述沉淀池进水滤速为8 m/s(即565 l/h),所述计量泵流速设定为10 ml/min,所述沉淀池进水和加药桶进水混合后每秒向滤池中进药浓度为100 μg/l。
27.采用上述装置对三种dbps进行去除的方法,将含有三种dbps的进水送入炭砂滤池中,在自上而下流经床层的过程中,依次经过介孔碳层和椰壳炭层的吸附处理,细石英砂的过滤处理,以及附着在活性炭和石英砂表面的生物降解处理。
28.为了解本发明对含dbps(2,2
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二氯乙酰氨、4,4
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二羟基二苯甲烷和4,4
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二羟基二苯砜)进水的去除效果,实验过程中配置了三个进水浓度:50 μg/l,100 μg/l和150 μg/l,研究不同初始浓度以及处理时间对炭砂滤池处理dbps效果的影响。
29.(1)首先探讨了不同初始浓度对炭砂滤池9处理dbps效果的影响。设定实验条件:加药桶1中三种dbps浓度为0.28 g/l,沉淀池进水滤速为8 m/s(即565 l/h),计量泵2流速分别设定为5 ml/min、10 ml/min、15 ml/min,则沉淀池进水和加药桶1进水混合后每秒向炭砂滤池9中进药浓度为50 μg/l、100 μg/l、150 μg/l。运行4天后,由低到高的三种初始浓度下,对2,2
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二氯乙酰氨的去除率分别为82.12%、82.75%和89.37%,对4,4
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二羟基二苯甲烷的去除率分别为81.14%、82.79%和88.31%,对4,4
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二羟基二苯砜的去除率分别为82.81%、82.65%和87.74%。
30.(2)其次探讨了处理天数对对炭砂滤池处理dbps效果的影响。设定实验条件:加药桶中三种dbps浓度为0.28 g/l,沉淀池进水滤速为8 m/s(即565 l/h),计量泵2流速设定为10 ml/min,沉淀池进水和加药桶进水混合后每秒向滤池中进药浓度为100 μg/l。在一个运行周期内,从第一天到第四天,对2,2
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二氯乙酰氨的去除率分别为69.58%、76.35%、80.49%、82.75%,对4,4
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二羟基二苯甲烷的去除率分别为64.02%、74.19%、78.76%、82.79%,对4,4
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二羟基二苯砜的去除率分别为63.65%、72.27%、78.41%、82.65%。
31.实验结果表明,炭砂滤池9针对不同初始浓度的dbps进水在一个运行周期后去除率都可以达到80%,处理效果稳定可靠,加之炭砂滤池9的成本适中、运行管理方便,故是一种针对dbps处理的、具有发展潜力的给水处理厂提标改造工艺。
32.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
33.此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包
含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
技术特征:
1.一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置,其特征在于:它包括进水区、滤池区和反冲洗区,所述的进水区在滤池区右端,包括沉淀池进水区和加药区,所述的加药区包括加药桶(1)、计量泵(2)、加药进水阀(3)和加药进水流量计(4),所述的沉淀池进水区与加药区并联于滤池区的进水管(18)上,沉淀池进水区位于滤池区和加药区中间,包括沉淀池进水泵(5)、沉淀池进水阀(6)和沉淀池进水流量计(7),所述的滤池区包括进出水部分、处理部分和反冲洗部分,所述的处理部分为炭砂滤池(9),所述的进出水部分包括进水管(18)、出水管(19)和出水阀(8),所述的进水管(18)位于炭砂滤池(9)的中上部,所述的出水管(19)位于炭砂滤池(9)底部,所述的反冲洗部分包括反冲洗进水(气)管(20)、反冲洗出水管(21)和反冲洗出水阀(10),所述的反冲洗进水(气)管(20)位于炭砂滤池底部,所述的反冲洗出水管(21)和反冲洗出水阀(10)位于炭砂滤池(9)最顶端,所述的反冲洗区在滤池区左端,包括气反冲洗区和水反冲洗区,所述的水反冲洗区包括反冲洗水桶(11)、反冲洗水泵(12)、反冲洗水阀(13)和反冲洗水流量计(14),与所述的气冲洗区并联于炭砂滤池的反冲洗进水(气)管(20)上,所述的气反冲洗区位于水冲洗区和炭砂滤池(9)中间,包括空压机(15)、气冲洗阀(16)和气冲洗流量计(17)。2.根据权利要求1所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置,其特征在于:所述炭砂滤池(9)直径30 cm,高2.26 m,滤池材质为钢化玻璃。3.根据权利要求1所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置,其特征在于:所述的加药进水阀(3)、沉淀池进水阀(6)、出水阀(8)、反冲洗出水阀(10)、反冲洗水阀(13)、气冲洗阀(16)口径均为32 mm,pvc材质。4.根据权利要求1所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置,其特征在于:所述的加药桶(1)容量为100 l,所述的计量泵(2)的流速范围在0—100 ml/min,所述的沉淀池进水泵(5)和反洗水泵(12)功率都为1500 w,所述的空压机(15)功率为750 w,所述的反洗水桶(11)容量为1000 l。5.根据权利要求1所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置,其特征在于:所述的气冲洗流量计(17)、反冲洗水流量计(14)、沉淀池进水流量计(7)、加药进水流量计(4)均为玻璃转子流量计,量程为0—2000l/h。6.一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的方法,其特征在于包括以下步骤:s1,打开加药桶(1)计量泵(2)和沉淀池进水泵(5),将含有各类消毒副产物的水样与沉淀池进水区混合后通入炭砂滤池(9)中,通过活性炭(介孔碳+椰壳炭)与石英砂协同处理消毒副产物;s2,按照步骤s1每日运行时间为9小时,运行周期为4天,一个周期后停止运行,关闭进水管(18)和出水管(19);s3,在步骤s2关闭进水管(18)和出水管(19)后,打开反冲洗进水(气)管(20)、反冲洗出水管(21)和反冲洗设备,分别对炭砂滤池(9)采取水冲洗、气冲洗以及二次水冲洗,并不断搅拌,使得炭砂滤池(9)得到反冲洗恢复处理能力。7.根据权利要求6所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的方法,其特征在于:所述的各类消毒副产物为2,2
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二氯乙酰氨、4,4
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二羟基二苯甲烷、4,4
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二羟基二苯砜、甲醇溶液的混合溶液,所述的炭砂滤池(9)从上至下所装填料依次为介孔碳(高14 cm)、椰壳炭(高56cm)、细石英砂(高30 cm)以及粗石英砂(高10 cm)。
8.根据权利要求6所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的方法,其特征在于:所述的介孔碳为圆柱状,直径3
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4mm,高9
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10mm,平均孔径5
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6 nm,介孔容量≥1.5 cm3/g,总孔容量≥1.6cm3/g,不均匀系数≤2.1,椰壳炭为颗粒状,粒径为8*30目,细石英砂粒径为30*40目,粗石英砂粒径为8*10目。9.根据权利要求6所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的方法,其特征在于:所述的计量泵(2)加药速度为10 ml/min,加药桶(1)中水量为20l,各消毒副产物在加药桶(1)中浓度为0.28 g/l,沉淀池进水区进水滤速为8 m/s(即565 l/h),计量泵(2)流速设定为10 ml/min,沉淀池进水区和加药桶(1)进水混合后每秒向炭砂滤池(9)中进药浓度为100 μg/l。10.根据权利要求6所述的一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的方法,其特征在于:所述的步骤s3中的反冲洗操作分为三步,第一步先打开反冲洗水泵(12),经过5分钟水冲洗,保证炭砂滤池(9)膨胀率为30%左右,第二步关闭反冲洗水泵(12),打开气冲洗阀(16),气冲5分钟,并在气冲时进行炭砂滤池(9)的搅拌,第三步最后再进行5分钟水冲洗。
技术总结
本发明公布了一种介孔碳强化炭砂滤池处理消毒副产物的装置及方法,利用介孔碳结合炭砂滤池改良了传统给水处理工艺,有效提高了消毒副产物的去除率,解决了炭层砂层由于密度不同而导致的反冲洗操作时炭砂分离,炭层易流失的情况,同时本发明工艺操作简单,滤料来源广泛,成本适中,不易堵塞,经济效益明显适合推广。广。广。
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